一种大功率脉冲电源控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种大功率脉冲电源控制系统及控制方法，属于大功率电源及控制技术领域，解决了现有技术中电源产品的重量大、体积大，充放电方式影响使用寿命的问题。该电路包括：AC

【技术实现步骤摘要】
一种大功率脉冲电源控制系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及大功率电源及控制
，尤其涉及一种大功率脉冲电源控制系统及控制方法。

技术介绍

[0002]随着国防工业的发展，脉冲电源得到了越来越广泛的应用，尤其是在航空航天领域，相控阵雷达的广泛应用，对其一次侧脉冲电源提出了新的需求。通常，此类脉冲电源均为三相三线交流输入，输出常选择352Vdc、550Vdc或720Vdc三个电压等级，其输出脉冲功率通常为额定输出功率的3倍。目前，如图1所示，常规脉冲电源均采取增加储能电容的方式来进行脉冲功率的“削峰填谷”。
[0003]例如，现有一典型相控阵雷达脉冲电源要求，相关指标为：输入电压：380
×
(1
±
10％)Vac，三相三线，50Hz；平均功率：10kW；脉冲功率：30kW(周期10ms，脉宽3ms)；输出额定电压值：352Vdc(脉冲功率内电压波动不大于352
±
3％V)。针对此类电源，通常采用额定功率10～15kW的AC
‑
DC变换器来提供平均功率输出，而针对30kW的脉冲功率，则采用在输出侧并联电容组件的方法来满足脉冲功率内电压波动不大于352
±
3％V的指标要求。若AC
‑
DC变换器的选用额定功率为15kW，则在脉冲功率内需要电容组件承担的能量为：
[0004]E
C
＝(P
脉冲
‑
P
AC
‑
DC
)r/>×
t
脉冲
＝(30
×
103‑
15
×
103)
×4×
10
‑3＝60(J)
[0005]设定允许输出电压在脉冲功率内降至342V(满足电压波动不大于352
±
3％V的指标要求)，则输出端需加的电容容量为：
[0006][0007]如果选择电解电容作为此储能电容，单只容量330uF，耐压400Vdc，尺寸为直径35mm
×
高度30mm。满足上述容量情况需要53只此类电容器并联，需要的空间尺寸约为1947.75cm3；并且，现有的AC
‑
DC变换器直接与电容组件连接的方式中，电容组件被动跟随后端负载的工作模式进行频繁充放电，且充放电电流较大，严重影响电容组件的寿命。现有的连接方式将严重增加电源产品的重量、体积，同时将对此电源产品的使用寿命产生严重影响。
[0008]因此，现有技术中缺少一种能够有效减小现有电源产品的重量与体积，并提高产品的使用寿命，在该领域具有较高实用价值的大功率脉冲电源控制系统及控制方法。

技术实现思路

[0009]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种大功率脉冲电源控制系统及控制方法，用以解决现有电源产品的重量大、体积大，同时随着电解电容数量的增加，充放电的方式对电源产品的使用寿命影响严重等不实用的问题。
[0010]一方面，本专利技术实施例提供了一种大功率脉冲电源控制系统，包括：
[0011]AC
‑
DC变换器，连接在电源输入和电源输出之间；用于根据所述电源输入进行脉冲
电源输出；
[0012]控制电路，根据获取的系统中充放电电压/电流和设置的充放电电压/电流基准，控制双向DC
‑
DC变换器的工作状态，并根据获取的系统中充放电电压/电流和设置的充放电电压/电流基准，以及所述双向DC
‑
DC变换器的工作状态，输出控制指令进行双向DC
‑
DC变换器充放电电流的自动控制；
[0013]所述双向DC
‑
DC变换器，串联在所述AC
‑
DC变换器和电容组件C3之间。
[0014]进一步地，所述设置的充放电电压/电流基准，包括：升压稳压值基准V
Discharge
、充放电判断阈值V
C/D
、放电电流基准I
discharge
、降压稳压值基准V
Charge
和充电电流基准I
charge
；
[0015]所述充放电判断阈值V
C/D
＝升压稳压值基准V
Discharge
+1V；
[0016]所述充放电电压/电流，包括：AC
‑
DC变换器输出端的放电电压采样信号u
o
、双向DC
‑
DC变换器与AC
‑
DC变换器输出正端之间的放电电流采样信号i
discharge
、电容组件C3两端的充电电压采样信号u
c
、正极双向DC
‑
DC变换器与电容组件C3之间的充电电流采样信号i
charge
、双向DC
‑
DC变换器中MOS管Q1的漏
‑
源极电流采样信号i
q1
和双向DC
‑
DC变换器中MOS管Q2漏
‑
源极的电流采样信号i
q2
。
[0017]进一步地，所述双向DC
‑
DC变换器包括：MOS管Q1～Q2、电容C1～C2和电感L1；
[0018]所述电容C1两端作为双向DC
‑
DC变换器的输出/输入端与所述AC
‑
DC变换器输出端相连；
[0019]所述电容C2两端作为双向DC
‑
DC变换器的输入/输出端与所述电容组件相连；
[0020]所述MOS管Q1和MOS管Q2的栅极分别与所述控制电路的第二控制输出端和第一控制输出端相连；所述MOS管Q1的漏极与AC
‑
DC变换器输出正端相连，MOS管Q1的源极与电感L1的一端相连，电感L1的另一端与电容C2的一端相连，电容C2的另一端与AC
‑
DC变换器输出负端相连；MOS管Q2的漏极与MOS管Q1的源极相连，MOS管Q2的源极与AC
‑
DC变换器输出负端相连；电容C1的一端与AC
‑
DC变换器输出正端相连，另一端与AC
‑
DC变换器输出负端相连。
[0021]进一步地，所述控制电路包括：第一控制电路、第二控制电路和第三控制电路；
[0022]所述第三控制电路根据放电电压采样信号u
o
和充放电判断阈值V
C/D
控制所述双向DC
‑
DC变换器的工作模式，实现所述电容组件C3的充放电：
[0023]当所述放电电压采样信号u
o
小于所述充放电判断阈值V
C/D
时，所述第三控制电路控制所述双向DC
‑
DC变换器工作在BOOST放电模式；
[0024]当所述放本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大功率脉冲电源控制系统，其特征在于，包括：AC
‑
DC变换器，连接在电源输入和电源输出之间；用于根据所述电源输入进行脉冲电源输出；控制电路，根据获取的系统中充放电电压/电流和设置的充放电电压/电流基准，控制双向DC
‑
DC变换器的工作状态，并根据获取的系统中充放电电压/电流和设置的充放电电压/电流基准，以及所述双向DC
‑
DC变换器的工作状态，输出控制指令进行双向DC
‑
DC变换器充放电电流的自动控制；所述双向DC
‑
DC变换器，串联在所述AC
‑
DC变换器和电容组件C3之间。2.根据权利要求1所述的大功率脉冲电源控制系统，其特征在于，所述设置的充放电电压/电流基准，包括：升压稳压值基准V
Discharge
、充放电判断阈值V
C/D
、放电电流基准I
discharge
、降压稳压值基准V
Charge
和充电电流基准I
charge
；所述充放电判断阈值V
C/D
＝升压稳压值基准V
Discharge
+1V；所述充放电电压/电流，包括：AC
‑
DC变换器输出端的放电电压采样信号u
o
、双向DC
‑
DC变换器与AC
‑
DC变换器输出正端之间的放电电流采样信号i
discharge
、电容组件C3两端的充电电压采样信号u
c
、正极双向DC
‑
DC变换器与电容组件C3之间的充电电流采样信号i
charge
、双向DC
‑
DC变换器中MOS管Q1的漏
‑
源极电流采样信号i
q1
和双向DC
‑
DC变换器中MOS管Q2漏
‑
源极的电流采样信号i
q2
。3.根据权利要求1所述的大功率脉冲电源控制系统，其特征在于，所述双向DC
‑
DC变换器包括：MOS管Q1～Q2、电容C1～C2和电感L1；所述电容C1两端作为双向DC
‑
DC变换器的输出/输入端与所述AC
‑
DC变换器输出端相连；所述电容C2两端作为双向DC
‑
DC变换器的输入/输出端与所述电容组件相连；所述MOS管Q1和MOS管Q2的栅极分别与所述控制电路的第二控制输出端和第一控制输出端相连；所述MOS管Q1的漏极与AC
‑
DC变换器输出正端相连，MOS管Q1的源极与电感L1的一端相连，电感L1的另一端与电容C2的一端相连，电容C2的另一端与AC
‑
DC变换器输出负端相连；MOS管Q2的漏极与MOS管Q1的源极相连，MOS管Q2的源极与AC
‑
DC变换器输出负端相连；电容C1的一端与AC
‑
DC变换器输出正端相连，另一端与AC
‑
DC变换器输出负端相连。4.根据权利要求3所述的大功率脉冲电源控制系统，其特征在于，所述控制电路包括：第一控制电路、第二控制电路和第三控制电路；所述第三控制电路根据放电电压采样信号u
o
和充放电判断阈值V
C/D
控制所述双向DC
‑
DC变换器的工作模式，实现所述电容组件C3的充放电：当所述放电电压采样信号u
o
小于所述充放电判断阈值V
C/D
时，所述第三控制电路控制所述双向DC
‑
DC变换器工作在BOOST放电模式；当所述放电电压采样信号u
o
大于所述充放电判断阈值V
C/D
时，所述第三控制电路控制所述双向DC
‑
DC变换器工作在BUCK充电模式；所述第一控制电路根据升压稳压值基准V
Discharge
、AC
‑
DC变换器输出端的放电电压采样信号u
o
、放电电流采样信号i
discharge
、放电电流基准I
discharge
和MOS管Q2漏
‑
源极的电流采样信号i
q2
，与所述第三控制电路共同进行电路的放电电压控制和放电电流调节，实现双向DC
‑
DC变换器的放电电流控制；
所述第二控制电路根据所述降压稳压值基准V
Charge
、充电电压采样信号u
c
、充电电流采样信号i
charge
、充电电流基准I
charge
和MOS管Q1的漏
‑
源极电流采样信号i
q1
，与所述第三控制电路共同进行电路的充电电压控制和充电电流调节，实现双向DC
‑
DC变换器充电电流控制。5.根据权利要求4所述的大功率脉冲电源控制系统，其特征在于，所述第一控制电路，包括：减法器SUB1～SUB2、PI调节器REG1～REG2、取小电路MIN1、比较器COMP1、触发器RS1和时钟CLOCK1；所述减法器SUB1的负输入端输入放电电压采样信号u
o
，所述减法器SUB1的正输入端输入升压稳压值基准V
Discharge
，所述减法器SUB1的输出端与所述PI调节器REG1的输入端相连；所述PI调节器REG1的输出端与取小电路MIN1的第一输入端相连；所述减法器SUB1和所述PI调节器REG1组成放电电压闭环；所述减法器SUB2的负输入端输入放电电流采样信号i
discharge
，所述减法器SUB2的正输入端输入放电电流基准I
discharge
，所述减法器SUB2的输出端与所述PI调节器REG2的输入端相连；所述PI调节器REG2的输出端与取小电路MIN1的第二输入端相连；所述减法器SUB2和所述PI调节器REG2组成放电电流闭环；所述取小电路MIN1将输入的两路PI调节器输出信号取小值后送至比较器COMP1的负输入端；所述比较器COMP1的正输入端输入所述MOS管Q2...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鑫，王浩宇，杨帆，胡西红，刘博禹，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：